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虛擬化虛擬化是一個廣義的術語,是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行,是一個為了簡化管理,優化資源的解決方案。如同現在空曠、通透的寫字樓,整個樓層幾乎看不到牆壁,用戶可以用同樣的成本構建出更加自主適用的辦公空間,進而節省成本,發揮空間最大利用率。

虛擬化虛擬化
虛擬化是指計算機元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。虛擬化技術可以擴大硬體的容量,簡化軟體的重新配置過程。CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行,允許一個平台同時運行多個操作系統,並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響,從而顯著提高計算機的工作效率。

1 虛擬化 -基本簡介

虛擬化虛擬化
虛擬化是一個廣義的術語,是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行,是一個為了簡化管理,優化資源的解決方案。如同現在空曠、通透的寫字樓,整個樓層幾乎看不到牆壁,用戶可以用同樣的成本構建出更加自主適用的辦公空間,進而節省成本,發揮空間最大利用率。這種把有限的固定的資源根據不同需求進行重新規劃以達到最大利用率的思路,在IT領域就叫做虛擬化技術。

虛擬化技術可以擴大硬體的容量,簡化軟體的重新配置過程。CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行,允許一個平台同時運行多個操作系統,並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響,從而顯著提高計算機的工作效率。

虛擬化技術與多任務以及超線程技術是完全不同的。多任務是指在一個操作系統中多個程序同時并行運行,而在虛擬化技術中,則可以同時運行多個操作系統,而且每一個操作系統中都有多個程序運行,每一個操作系統都運行在一個虛擬的CPU或者是虛擬主機上;而超線程技術只是單CPU模擬雙CPU來平衡程序運行性能,這兩個模擬出來的CPU是不能分離的,只能協同工作。

虛擬化技術也與目前VMware Work station等同樣能達到虛擬效果的軟體不同,是一個巨大的技術進步,具體表現在減少軟體虛擬機相關開銷和支持更廣泛的操作系統方面。

2 虛擬化 -軟體方案

虛擬化虛擬化
純軟體虛擬化解決方案存在很多限制。「客戶」操作系統很多情況下是通過虛擬機監視器(VirtualMachineMonitor,VMM)來與硬體進行通信,由VMM來決定其對系統上所有虛擬機的訪問。(注意,大多數處理器和內存訪問獨立於VMM,只在發生特定事件時才會涉及VMM,如頁面錯誤。)在純軟體虛擬化解決方案中,VMM在軟體套件中的位置是傳統意義上操作系統所處的位置,而操作系統的位置是傳統意義上應用程序所處的位置。這一額外的通信層需要進行二進位轉換,以通過提供到物理資源(如處理器、內存、存儲、顯卡和網卡等)的介面,模擬硬體環境。這種轉換必然會增加系統的複雜性。此外,客戶操作系統的支持受到虛擬機環境的能力限制,這會阻礙特定技術的部署,如64位客戶操作系統。在純軟體解決方案中,軟體堆棧增加的複雜性意味著,這些環境難於管理,因而會加大確保系統可靠性和安全性的困難。

VMware是提供一套虛擬機解決方案的軟體,主要產品分為如下三個:

VMware-ESX-Server

這個版本並不需要操作系統的支持。它本身就是一個操作系統,用來管理硬體資源。所有的系統都安裝在它的上面。帶有遠程web管理和客戶端管理功能。

VMware-GSX-Server

這個版本就要安裝在一個操作系統下了,這個操作系統叫做HOSTOS。這個HOSTOS可以是Windows2000Server以上的Windows系統或者是Linux(官方支持列表中只有RH,SUSE,Mandrake很少的幾種),和VMware-ESX-Server一樣帶有遠程web管理和客戶端管理功能。

VMware-WorkStation

這個版本和VMware-GSX-Server版本的機構是一樣的。也是要安裝在一個操作系統下,對操作系統的要求也是Windows2000以上或者Linux。和Vmware的區別就是沒有web遠程管理和客戶端管理。VMware-ESX-Server已經成為整機虛擬化的必然選擇。

桌面虛擬化 伺服器虛擬化主要針對伺服器而言,而虛擬化最接近用戶的還是要算的上桌面虛擬化了,桌面虛擬化主要功能是將分散的桌面環境集中保存並管理起來,包括桌面環境的集中下發,集中更新,集中管理。桌面虛擬化使得桌面管理變得簡單,不用每台終端單獨進行維護,每台終端進行更新。終端數據可以集中存儲在中心機房裡,安全性相對傳統桌面應用要高很多。桌面虛擬化可以使得一個人擁有多個桌面環境,也可以把一個桌面環境供多人使用,節省了license。
桌面虛擬化主要有傳統的VDI和新型的VOI(Virtual OS Infrastructure)兩種架構,二者最大的區別在於,傳統的虛擬桌面基礎架構(VDI,Virtual Desktop Infrastructure)是許多機構目前正在評估的全新模式。VDI旨在為智能分散式計算帶來出色的響應能力和定製化的用戶體驗,並通過基於伺服器的模式提供管理和安全優勢。而VOI桌面虛擬化從桌面應用交付提升到了OS(操作系統)的標準化與即時分發,與傳統的VDI 設計不同之處在於終端對本機系統資源的充分利用不再依靠於GPU 虛擬化與CPU 虛擬化技術,而是直接在I/O 層實現對物理存儲介質的數據重定向,以達到虛擬化的操作系統完全工作於本機物理硬體之上,從驅動程序、應用程序到各種設備均不存在遠程埠映射關係,而是直接的內部址。因此杜絕於VDI 所存在的伺服器與網路消耗大及軟硬體兼容性問題。

3 虛擬化 -硬體方案

虛擬化虛擬化
CPU的虛擬化技術是一種硬體方案,支持虛擬技術的CPU帶有特別優化過的指令集來控制虛擬過程,通過這些指令集,VMM會很容易提高性能,相比軟體的虛擬實現方式會很大程度上提高性能。虛擬化技術可提供基於晶元的功能,藉助兼容VMM軟體能夠改進純軟體解決方案。由於虛擬化硬體可提供全新的架構,支持操作系統直接在上面運行,從而無需進行二進位轉換,減少了相關的性能開銷,極大簡化了VMM設計,進而使VMM能夠按通用標準進行編寫,性能更加強大。另外,在純軟體VMM中,目前缺少對64位客戶操作系統的支持,而隨著64位處理器的不斷普及,這一嚴重缺點也日益突出。而CPU的虛擬化技術除支持廣泛的傳統操作系統之外,還支持64位客戶操作系統。

虛擬化技術是一套解決方案。完整的情況需要CPU、主板晶元組、BIOS和軟體的支持,例如VMM軟體或者某些操作系統本身。即使只是CPU支持虛擬化技術,在配合VMM的軟體情況下,也會比完全不支持虛擬化技術的系統有更好的性能。

兩大CPU巨頭Intel和AMD都想方設法在虛擬化領域中佔得先機,但是AMD的虛擬化技術在時間上要比Intel落後幾個月。Intel自2005年末開始便在其處理器產品線中推廣應用Intel Virtualization Technology(IntelVT)虛擬化技術。目前,Intel已經發布了具有IntelVT虛擬化技術的一系列處理器產品,包括桌面平台的Pentium46X2系列、PentiumD9X0系列和PentiumEE9XX系列,還有CoreDuo系列和CoreSolo系列中的部分產品,以及伺服器/工作站平台上的XeonLV系列、Xeon5000系列、Xeon5100系列、XeonMP7000系列以及Itanium29000系列;同時絕大多數的Intel下一代主流處理器,包括Merom核心移動處理器,Conroe核心桌面處理器,Woodcrest核心伺服器處理器,以及基於Montecito核心的Itanium2高端伺服器處理器都將支持IntelVT虛擬化技術。

AMD方面也已經發布了支持AMD Virtualization Technology(AMDVT)虛擬化技術的一系列處理器產品,包括SocketS1介面的Turion64X2系列以及SocketAM2介面的Athlon64X2系列和Athlon64FX系列等等,並且絕大多數的AMD下一代主流處理器,包括即將發布的SocketF介面的Opteron都將支持AMDVT虛擬化技術。

4 虛擬化 -准虛擬化

虛擬化虛擬化
完全虛擬化是處理器密集型技術,因為它要求hypervisor管理各個虛擬伺服器,並讓它們彼此獨立。減輕這種負擔的一種方法就是,改動客戶操作系統,讓它以為自己運行在虛擬環境下,能夠與hypervisor協同工作。這種方法就叫准虛擬化(para-virtualization)。

Xen是開源准虛擬化技術的一個例子。操作系統作為虛擬伺服器在Xenhypervisor上運行之前,它必須在核心層面進行某些改變。因此,Xen適用於BSD、Linux、Solaris及其他開源操作系統,但不適合對像Windows這些專有的操作系統進行虛擬化處理,因為它們無法改動。

准虛擬化技術的優點是性能高。經過准虛擬化處理的伺服器可與hypervisor協同工作,其響應能力幾乎不亞於未經過虛擬化處理的伺服器。准虛擬化與完全虛擬化相比優點明顯,以至於微軟和VMware都在開發這項技術,以完善各自的產品。

5 虛擬化 -完全虛擬

虛擬化虛擬化
最流行的虛擬化方法使用名為hypervisor的一種軟體,在虛擬伺服器和底層硬體之間建立一個抽象層。VMware和微軟的VirtualPC是代表該方法的兩個商用產品,而基於核心的虛擬機(KVM)是面向Linux系統的開源產品。

hypervisor可以捕獲CPU指令,為指令訪問硬體控制器和外設充當中介。因而,完全虛擬化技術幾乎能讓任何一款操作系統不用改動就能安裝到虛擬伺服器上,而它們不知道自己運行在虛擬化環境下。主要缺點是,hypervisor給處理器帶來開銷。

在完全虛擬化的環境下,hypervisor運行在裸硬體上,充當主機操作系統;而由hypervisor管理的虛擬伺服器運行客戶端操作系統(guestOS)。

實現虛擬化還有一個方法,那就是在操作系統層面增添虛擬伺服器功能。SolarisContainer就是這方面的一個例子,Virtuozzo/openVZ是面向Linux的軟體方案。就操作系統層的虛擬化而言,沒有獨立的hypervisor層。相反,主機操作系統本身就負責在多個虛擬伺服器之間分配硬體資源,並且讓這些伺服器彼此獨立。一個明顯的區別是,如果使用操作系統層虛擬化,所有虛擬伺服器必須運行同一操作系統(不過每個實例有各自的應用程序和用戶賬戶)。
雖然操作系統層虛擬化的靈活性比較差,但本機速度性能比較高。此外,由於架構在所有虛擬伺服器上使用單一、標準的操作系統,管理起來比異構環境要容易。

6 虛擬化 -相關詞條

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7 虛擬化 -參考資料

[1] it168 http://publish.it168.com/cword/3547.shtml
2、http://it.enorth.com.cn/system/2008/02/05/002784855.shtml
3、http://www.xunihua.com/
4、http://virtual.51cto.com
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